（材料加工工程专业论文）透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化.pdf

学位论文版权使用授权书 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密1 彳。 学位论文作者签名：望乡多知 do i | 年6 只 孕b 指导教师签名： 刎1 年多月( 蛔 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 m o u l d d e s i g na n di n j e c t i o np r o c e s s o p t i m u m o ft h et r a n s p a r e n tp l a s t i cp a r t 姓 2 0 1 1 年6 月 f 江苏大学硕士学位论文 摘要 ：i 塑成型是塑料加工的重要成型方法之一，但是注塑生产过程中常会出现众 多的缺陷。利用注塑c a d c a e 技术可在模具制造之前，在计算机上对注塑过程进 行分析和模拟来代替实际的试模，预测成型过程中可能出现的缺陷，改变了依靠 经验和直觉，反复试模、修模的传统设计方法，提高了塑件成型质量，缩短了模 具开发周期。 本文以l e d 车灯透明灯座为例，在介绍了常见透明塑料的性能、用途及加工 特性，深入分析常见缺陷产生原因及其控制方法的基础之上，以三维c a d 软件 s o l i d w o r k s 和注塑成型分析软件m o l d f l o w 为工具，建立了产品的三维模型，进行 了注塑成型过程的数值模拟。在c a e 分析的指导下进行模具设计，使得模具结构 得到优化，缩短了模具制造周期，并为后续生产中成型工艺参数的选择提供参考。 运用c a e 软件m o l d f l o w ，结合正交试验方法进行仿真模拟试验，选取缩痕指 数和翘曲变形作为质量评定指标，采用多指标加权综合评分法研究了模具温度、 熔体温度、保压压力、保压时间和冷却时间对综合试验指标的影响。通过对试验 结果进行直观分析和方差分析，最终确定了各工艺参数对l e d 透明灯座成型质量 影响的主次顺序：保压压力、模具温度、熔体温度、保压时间、冷却时间。得到 了最佳参数组合：模具温度为1 1 5o c ，熔体温度为2 6 0 0 c ，保压压力为注射压力 的9 5 ，保压时间为1 7s ，冷却时间为5 5s 。 在正交试验的基础上引进二阶响应面模型对成型工艺参数进行优化，分别建 立了缩痕指数和翘曲变形与模具温度和保压压力的二阶响应面模型，然后对模型 分别进行显著性分析证明了模型是有效的，得到了l e d 透明灯座的最佳工艺参数， 即模具温度取1 2 5o c ，熔体温度取t = 2 6 0 0 c ，保压压力p 为注射压力的1 0 0 ， 保压时间取t = 1 7 s ，冷却时间取t = 5 5 s 。由二阶响应面模型方程求得的结果与模 拟得到的结果十分接近，证明了建立的响应面方程与实验参数拟合的很好。同时 将最优工艺参数应用于实际注塑生产中再一次验证了拟合模型的正确性，对指导 注射工艺设计和提高塑件成型质量具有现实意义。 关键词：透明塑件，注射成型，数值模拟，正交试验，响应面法 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n j e c t i o nm o l d i n gi so n e o ft h ei m p o r t a n tf o r m i n gm e t h o d st op r o d u c ep l a s t i cp a r t s ， b u tm a n yd e f e c t s m a ya p p e a rd u r i n g t h e i n j e c t i o np r o c e s s b e f o r e t h em o l d m a n u f a c t u r e d ，u s i n gi n j e c t i o nc a d c a et e c h n o l o g y , t h ea n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no f i n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s sh a sb e e ni n s t e a do ft h e a c t u a lt r i a l - m o l d i n g ，w h i c hc a n p r e d i c tf o r m i n gd e f e c t s ，c h a n g et h et r a d i t i o n a ld e s i g nm e t h o do ft r i a l - m o l d i n ga n d d i e - r e p a i r i n gd e p e n d i n go ne x p e r i e n c ea n di n t u i t i o n ，i m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ep l a s t i c p a r t s ，a n ds h o r t e nt h ed e v e l o p m e n tc y c l eo ft h em o l d i nt h i sp a p e r , al e dt r a n s p a r e n tl a m ph o l d e rh a sb e e nt a k e na sa l le x a m p l e o nt h e b a s eo ft h ei n t r o d u c t i o no fp r o p e r t i e s ， a p p l i c a t i o na n dp r o c e s s i n gc h a r a c t e r i s t i co ft h e c o n l m o nt r a n s p a r e n tp l a s t i c ，a n di n d e p t ha n a l y s i so fc a u s e sa n dc o n t r o lm e t h o d so f c o m m o nd e f e c t s ，t a k i n gt h r e e d i m e n s i o n a lc a ds o f t w a r es o l i d w o r k sa n di n j e c t i o n m o l d i n ga n a l y s i sc a es o f t w a r em o l d f l o wa st o o l s ，t h et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lh a s b e e ne s t a b l i s h e d ，a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h ei n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s sh a sb e e n a c c o m p l i s h e d t h em o l dh a sb e e nd e s i g n e du n d e rt h eg u i d a n c eo fc a ea n a l y s i s ，w h i c h c a no p t i m i z et h em o l ds t r u c t u r e ，s h o r t e nt h em a n u f a c t u r i n gc y c l eo fm o l d ，a n dm a k ea r e f e r e n c et ot h es e l e c t i o no fp r o c e s sp a r a m e t e r sd u r i n gt h ef o l l o w i n gp r o d u c t i o n u s i n gc a es o f t w a r em o l d f l o w , t h ea n a l o gs i m u l a t i o n t e s th a sb e e nc a r d e do n c o m b i n e dw i t ho r t h o g o n a le x p e r i m e n tm e t h o d c h o o s i n gs i n ki n d e xa n dw a r p a g ea st h e q u a l i t ya s s e s s m e n ti n d e x ，u s i n gm u l t i t a r g e ts y n t h e t i cw e i g h t e dg r a d i n gm e t h o d ，t h e i m p a c t so ft h em o l dt e m p e r a t u r e ，m e l tt e m p e r a t u r e ，p a c k i n gp r e s s u r e ，p a c k i n gt i m ea n d c o o l i n gt i m eo ns y n t h e t i cq u a l i t yi n d e xh a v eb e e nr e s e a r c h e d b yv i s u a la n a l y s i sa n d v a r i a n c ea n a l y s i so ft e s tr e s u l t s ，t h ei n f l u e n c i n go r d e ro fe v e r yp r o c e s sp a r a m e t e rf o r t h e f o r m i n gq u a l i t yo ft h el e dt r a n s p a r e n tl a m ph o l d e rw a sp a c k i n gp r e s s u r e ，m o l d t e m p e r a t u r e ，m e l tt e m p e r a t u r e ，p a c k i n gt i m e ，p a c k i n gt i m e a n dc o o l i n gt i m e t h e o p t i m a lp a r a m e t e rc o m b i n a t i o nw a s t h a tm o l dt e m p e r a t u r ew a s11 5 c ，m e l tt e m p e r a t u r e w a s2 6 0 。c ，p a c k i n gp r e s s u r ew a s9 5 o fi n j e c t i o np r e s s u r e ，h o l d i n gp r e s s u r et i m ew a s 1 7 s ，a n dt h ec o o l i n gt i m ew a s5 5 s t h es e c o n d o r d e rr e s p o n s es u r f a c em o d e lw a s： , t r o d u c e dt oo p t i m i z ep r o c e s s p a r a m e t e r so i lt h eb a s i so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h es e c o n d o r d e rr e s p o n s es u r f a c e m o d e l sb e t w e e ns i n ki n d e x ，w a r p a g ea n dm o l dt e m p e r a t u r e ，p a c k i n gp r e s s u r ew e r es e t 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 u p t h e nt h em o d e l sw e r ev e r i f i e dt ob ee f f e c t i v eb ys i g n i f i c a n c ea n a l y s i s t h eo p t i m a l p r o c e s sp a r a m e t e r so ft h el e dt r a n s p a r e n tl a m ph o l d e rw e r ed e t e r m i n e d t h em o l d t e m p e r a t u r ew a s1 2 5 c ，m e l tt e m p e r a t u r ew a s2 6 0 c ，p a c k i n gp r e s s u r ew a s1 0 0 o f i n j e c t i o np r e s s u r e ，h o l d i n gp r e s s u r et i m ew a s1 7s ，a n dt h ec o o l i n gt i m ew a s5 5s r e s u l t so b t a i n e db ys e c o n d - o r d e rr e s p o n s es u r f a c em o d e le q u a t i o n sw e r ev e r y c l o s et ot h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，w h i c hc o u l dp r o v et h a tt h er e s p o n s es u r f a c ee q u a t i o n s w e r ef i t t i n gw e l l w i t ht h ee x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s a tt h es a m et i m e ，t h ea c t u a l p r o d u c t i o nu s i n gt h eo p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r sh a st e s t i f i e dt h ea c c u r a c yo ft h em o d e l s t h em e t h o dh a sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n tt od e s i g no fi n j e c t i o np r o c e s sa n di m p r o v e m e n to f t h eq u a l i t yo fp l a s t i c p a r t s k e yw o r d s ：t r a n s p a r e n tp l a s t i cp a r t s ，i n j e c t i o nm o l d i n g ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ， i v o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章绪论。l 1 1i ；l 言1 1 2 透明类塑料概述2 1 2 1 常见透明类塑料种类2 1 2 2 常见透明类塑料性能与用途2 1 2 3 常见透明类塑料加工特性及方法5 1 3 注塑成型的c 舢) i 巳墟技术的国内外发展7 1 3 1 注塑成型的c a d 技术8 1 3 2 注塑成型的c a e 技术8 1 3 3 注塑成型c a d 技术的发展历程及商业化软件1 1 1 3 4 注塑成型c a e 的发展历程及商业化软件1 1 1 3 5m o l d f l o w 软件简介1 4 1 4 课题来源以及主要研究工作1 5 第二章透明塑件成型特点及数值模拟基本理论1 7 2 1 透明塑件常见缺陷形成机理及其解决措施。1 7 2 1 1 光泽不良的形成机理及解决方法1 8 2 1 2 气泡的形成机理及解决方法1 9 2 1 3 熔接痕的形成机理及解决方法2 0 2 1 4 缩痕的形成机理及解决方法2 1 2 1 5 欠注的形成机理及解决方法2 2 2 1 6 翘血变形的形成机理及解决方法2 3 2 2 注塑成型q 垣理论基础2 5 2 2 1 注塑成型充填过程的数学模型。2 5 2 2 2 注塑成型充填过程的数值求解方法2 9 第三章基于c a l l c a e 技术的透明塑件注塑模具设计 3 2 3 1l e d 车灯透明灯座产品分析3 2 3 2 模具设计一3 3 3 2 1 模具总体方案设计3 3 3 2 2 浇注系统的设计。3 4 3 2 3 推出机构设计3 7 v 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 3 2 4 模具冷却系统3 9 3 3 模具总装图4 0 第四章透明塑件注塑成型多指标的正交试验设计。4 2 4 1 多指标正交试验设计4 2 4 1 1 综合评分法4 2 4 1 2 加权综合评分法4 3 4 2 正交试验结果分析4 4 4 2 1 直观分析法。4 4 4 2 2 方差分析法4 4 4 3l e d 灯座注塑模拟的正交试验设计4 7 4 3 1 试验因素与水平以及成型质量指标的选定4 7 4 3 2 正交试验及结果处理4 9 4 4 正交试验结果分析。5 0 4 4 1 正交试验结果的直观分析。o 5 0 4 4 2 正交试验结果的方差分析5 2 4 5 结j 沧。5 3 第五章基于二阶响应面模型的透明塑件工艺优化5 5 5 1 响应面法概述5 5 5 2 二阶响应面模型的拟合和分析5 6 5 2 1 二阶响应面的试验设计方法5 7 5 2 2 编码变换5 7 5 2 3 二阶响应面模型的拟合5 8 5 2 4 二阶响应面模型的方差分析和检验5 8 5 3l e d 透明灯座的响应面模型5 9 5 3 1 编码变换及试验计划5 9 5 3 2 缩痕指数的二阶响应面模型拟合及显著性检验6 1 5 3 3 翘曲变形的二阶响应面模型拟合及显著性检验6 2 5 3 4 响应面分析6 4 5 4 方案验证6 4 5 5 结论6 6 第六章总结与展望碣 6 1 主要工作及结论6 8 v i 江苏大学硕士学位论文 6 2 展望。6 9 参考文献7 0 在学期间发表的学术论文及其他科研成果。7 5 江苏大学硕士学位论文 1 1引言 第一章绪论 塑料是由聚合物和某些助剂结合而成的高分子化合物，是高分子材料中最大 的一类。它在一定的温度和压力下具有流动性，可以被成型为具有一定几何形状 和尺寸的制品。塑料的机械性能和加工性能优良，而且具有重量轻、耐腐蚀、电 绝缘性能好、比强度高等优点，在汽车、家电、仪器仪表、建筑装饰等领域得到 了广泛的应用，并有以塑代钢、以塑带木的趋势【1 1 。 注塑成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位。据统计，全世界每 年注塑制品产量约占整个塑料制品总产量的3 0 ，而其中每年生产的塑料注射模 占所有塑料模具总数量的5 0 。在我国，塑料工业随着国民经济整体稳定健康发 展实现了跨越式发展，连续十年经济技术指标稳步大幅递增，总产值居轻工行业 第三位，出口居第五位，已成为中国国民经济持续发展重要的支柱产业之一【2 】。 对于一些涉及理论程度高深、工艺过程复杂的注塑成型加工，依靠经验和类 比的手工设计方法已无法准确地确定各种工艺参数对成型过程的影响，无法有效 地预测成型过程中的可能发生的成型缺陷。因此，以有限元法为代表的数值模拟 方法为改变这种状况开辟了崭新的应用前景。成型模拟技术的出现，使得成型加 工和模具设计建立在科学的分析基础上，提高了成型加工和模具设计水平，从而 使成型制品质量有了大幅度的提高。借助于成型模拟，确定加工条件的变化规律、 预测制品的结构和性能、科学地选择出塑料制品和模具设计以及工艺条件的最佳 方案【3 1 。 随着塑料工业的发展，广大设计人员希望能够拥有一种技术，这项技术能把 他们从复杂的模具和工艺设计中解脱出来，从而使他们不必反复调整相互影响的 工艺参数以得到合理的结果，使模具设计和工艺设计不再困难。最优化理论在注 射成型领域的应用为这一问题的解决提高了新的手段。 虽然注塑成型技术已经是一项比较成熟的技术，但是随着注塑制品在家电、 汽车等高科技领域的应用，对制品的质量、性能及，t 品更新换代提出了更高的要 求。但是，高质量、高精度、高灵敏度的严格要求已经成为阻止塑料制品快速进 入这些高尖领域的重要因素之一，如何提高注塑制品质量和性能成为该领域的重 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 要研究课题【4 】。 1 2 透明类塑料概述 1 2 1常见透明类塑料种类 透明类塑料是指日常光线透过率在8 0 以上的一类高分子材料。一种好的透 明塑料要求为：高透光率、低雾度、高折射率、小双折射、小色散。大部分塑料 都具有不同程度的透明度，透光率大于7 0 以上的塑料有聚甲基丙烯酸甲酯 ( p m m a ) 、聚碳酸酯( p c ) 、聚苯乙烯( p s ) 、聚对苯二甲酸乙二醇酯( p e t ) 、 聚对苯二甲酸乙二醇酯1 ，4 环己烷二甲醇酯( p e t g ) 、聚萘二甲酸乙二醇酯( p e n ) 、 聚醚砜树脂( p e s ) 、丙烯腈苯乙烯共聚物a s ( s a n ) 、甲基丙烯酸甲酯( m ) ， 丁二烯( b ) 及苯乙烯( s ) 的三元共聚物( m b s ) 、聚4 一甲基1 戊烯p m p ( t p x ) 、 乙烯乙烯醇共聚物( e v o h ) 、甲基丙烯酸羟乙酯( 玎三m a ) 、碳本酸丙烯乙酸 ( c r 3 9 ) 、聚降冰片烯、透明尼龙、透明环氧树脂、透明聚丙烯( p p ) 、透明丙烯 腈苯乙烯丁二烯共聚物( a b s ) 、透明聚氯乙烯( p v c ) 等。其中，p m m a 、p c 、 p s 为透光率大于9 0 的传统三大透明塑料f 5 1 。 1 2 2 常见透明类塑料性能与用途 下面将具体介绍聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯三大透明塑料的性 能和用途。 ( 1 ) 聚碳酸酯 聚碳酸酯是指大分子链由碳酸酯型重复结构单元组成的一类聚合物，英文名 称为p o l y c a r b o n a t e ，简称p c ，它自2 0 0 0 年后超过p a 成为第一大通用工程塑料品 种。p c 为透明、呈微黄色或白色硬而韧的树脂。燃烧时发出花果臭味、离火自熄、 火焰呈黄色、熔融起泡。 p c 有着优异的冲击性和透明性，优良的力学性能和电绝缘性，使用温度范围 广( 1 3 0 1 3 0 ) ，尺寸稳定性高，耐蠕变性高，是塑料材料中集刚、硬、韧于一 体的典型代表品种。 p c 的力学性能十分优良，具有刚而韧的优点。其冲击性能是热塑性塑料中最 好的一种，比p a 、p o m 高3 倍之多，接近p f 和u p 玻璃钢的水平。p c 的拉伸强 度和弯曲强度都好，并受温度的影响小。p c 的耐蠕变性优于p a 和p o m ，尺寸稳 2 江苏大学硕士学位论文 定性好。 p c 的耐高、低温性好，纯p c 可在一1 3 0 - - 一1 3 0 c 范围内使用；热变形温度可达 1 3 0 1 4 0 ，并受载荷的作用小；热导率和线膨胀系数都较小，阻燃性好，属于 自熄性材料。 在电学性能上，p c 因属弱极性聚合物，其绝缘性能一般。但可贵之处在于其 电学性能在很宽的温度及湿度范围内变化较小，如介电常数和介电损耗在2 3 - - 一1 2 5 范围内几乎不变。随p c 制品结晶度的提高，其体积电阻率增大。 p c 可耐有机酸、稀无机盐、盐、油、脂肪烃及醇类，但不耐氯烃、稀碱、溴 水、浓酸、胺类、酮及酯等，可溶于二氯甲烷、二氯乙烷及甲酚等溶剂中。 在光学性能方面，p c 为最优异的光学塑料品种之一，其透光率可达9 3 之多， 折射率为1 5 8 7 ，适用于透镜材料。 p c 可作为光学材料广泛应用于汽车窗玻璃、光学仪器、汽车灯罩等。p c 属e 级绝缘材料，注塑件可用于接插件、开关及线圈框架等，薄膜可用于电容器等。 增强p c 可用于齿轮、齿条、涡轮、凸轮、拉杆、曲轴及壳体等机械零件。利用其 透明和耐热等性能可用于纯净水、矿泉水的周转桶，旅行用热水杯、奶瓶及餐具 等。在医疗方面可用于医疗器械如杯、瓶、筒、牙科器材、药品容器及手术器械 等，医用材料如人工肾、人工肺及人工脏器等。近年来在通信方面可用于光盘及 光导纤维等，十分具有开发潜力。 ( 2 ) 聚苯乙烯 通用聚苯乙烯( 以下简称聚苯乙烯) 是指由苯乙烯单体经自由基聚合反应合 成的聚合物，英文名称为p o l y s t y r e n e ，简称p s 。p s 为无色透明的粒料，燃烧时发 浓烟并带有松节油气味，吹熄可拉长丝；制品硬似玻璃状，落地或敲打会发出似 金属的声音；能断裂但不能弯曲，断裂时断口处呈现蚌壳色银光。p s 的吸水率为 0 0 5 ，稍大于p e ，但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。 p s 的优点为高透明性，其透光率可达9 0 以上，电绝缘性好、易着色、加工 流动性好、刚性好及耐化学腐蚀性好等。不足之处在于性脆、冲击强度低、易出 现应力开裂、耐热性差及不耐沸水等。 在光学性能上透明性好是p s 的最大特点，其透光率可达8 8 - - 9 2 ，同p c 和p m m a 样属于最优秀的透明塑料品种，统称为三大透明塑料。p s 的折射率为 3 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 1 5 9 , - - 一, 1 6 0 ，但因苯环的存在，导致其双折射较大，不能用于高档光学仪器。 力学性能方面，p s 硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。p s 的拉伸 强度和弯曲强度在通用热塑性塑料中最高，其拉伸强度可达6 0 m p a ；但冲击强度 很小，难以用做工程塑料。p s 的耐磨性差，耐蠕变性一般。p s 的力学性能受温度 的影响比较大。 热学性能上，p s 的耐热性能不好，热变形温度仅为7 0 9 0 ，只可长期在0 - - - 8 0 范围内可用。p s 的耐低温性也不好，脆化温度为3 0 。p s 的热导率低，一 般为0 0 4 - 0 1 3 w ( m 目；线膨胀系数较大，一般为( 6 8 ) 1 0 巧k 1 ，与金属 相差悬殊，故制品不易带金属嵌件。 电学性能方面，p s 电绝缘性优良，且不受温度和湿度的影响；介电损耗角正 切值小，可耐适当的电晕放电；耐电弧形好，适于做高频绝缘材料。 环境性能上，p s 的化学稳定性较好，可耐一般酸、碱、盐、矿物油及低级醇 等，但可受许多烃类、酮类及高级脂肪酸等侵蚀，可溶于芳烃( 如苯、甲苯、乙 苯及苯乙烯等) 、氯化烃( 如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷及氯苯) 及酯类等。p s 的耐候性不好，其耐光、氧化性都差，不适于长期户外使用；但p s 的耐辐射性好。 p s 兼有透明性和良好的绝缘性，可用于电视机、录音机及各种电器的配件、 壳体及高频电容器等电器制品。p s 具有优异的透明性，可用于一般光学仪器、透 明模型、灯罩、仪器罩壳及包装容器等透明制品。p s 的着色性和光泽性好，可广 泛用于日用品的生产，具体有儿童玩具、装饰板、磁带盒、家具把手、梳子、牙 刷把、笔杆等日用品。 ( 3 ) 聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯为大分子链上含有聚甲基丙烯酸甲酯重复结构单元的一类 聚合物，俗称“有机玻璃”、“亚克力 或“亚加力 ，英文名称为p o l y m e t h y l m e t h a c r y l a t e ，简称p m m a 。 p m m a 的最大特点为透明性好，透光率达9 0 - 9 2 ，可与无机玻璃媲美； 此外，它耐候性好、表面硬度高及综合性能优良，主要用途为光学透明制品。 在光学性能方面，p m m a 为高度透明的无定形热塑性塑料，具有十分优异的光 学性能，透光率可达9 0 , - - , 9 2 ，折射率为1 4 9 ，并可透过大部分紫外线和红外线。 力学性能上，p m m a 为一种质轻而坚韧的材料，在常温下具有优良的拉伸强 度、弯曲强度和压缩强度；但冲击强度一般，且缺口敏感较大；表面硬度一般， 4 ， 江苏大学硕士学位论文 易于划伤，耐磨性较低，抗银纹能力较差。 热浮性能方面，p m m a 的氧指数为1 7 3 ，属易燃塑料，燃烧有花果臭味； 耐热温复不高，长期使用温度仅为8 0 。 电浮性能方面，由于分子中极性较大，其电性能不如p e 好，其介电常数较大， 主要用怍高频率绝缘材料。 在坏境性能上p m m a 的耐候性好，可长期在户外使用。p m m a 中酯基的存在 使其耐溶剂性一般，只可耐碱、稀酸及水溶性无机盐、长链烷烃、油脂、醇类及 汽油等：不耐芳烃、氯化烃，具体品种有四氯化碳、苯、二甲苯、二氯乙烷及氯 仿等。 p m m a 塑料常用于灯罩和玻璃等照明及采光产品，也可用于各种光学镜片如 眼镜、放大镜、导光板及透镜等光学仪器。p m m a 也常用于牙科材料如牙托、假 牙以及阪肢材料等医学材料，在也可用来制作光盘及光纤等信息传播产品。 1 2 3常见透明类塑料加工特性及方法 ( 1 ) 聚碳酸酯 p c 的熔体黏度较高，可达1 0 3 - 1 0 4p a s ；由于熔融黏度较高，流动性差， 给注射成型带来一定困难。其熔体的流变性在低剪切速率下接近牛顿流体，主要 通过温度调节控制流动性；成型时的冷却、凝固和定型时间短。 p c 热稳定性好，但温度在超过3 4 0 时，p c 会出现分解，制品颜色变深、表 面出现银丝、暗条、黑点、气泡等，力学性能下降。另外，含氮化合物和三氧化 二锑会加速分解。 p c 的刚性大，在加工过程中易产生内应力，因此对成型工艺条件要严格控制。 p c 制品要进行后处理，处理条件为1 1 0 , - - 1 2 0 。c ，处理时间视厚度而定，厚度在 2 0 m m 以下8 小时，厚度在2 0 m m 以上2 4 小时。 p c 因含有酯键，在成型中对水极为敏感，高温下即使微量水也会引起分解。 因此，加工前一定要干燥处理，使含水量在0 0 2 以下。具体干燥条件为：温度 1 1 0 - - 1 2 0 ，时间1 0 1 2 小时，料层厚度3 0 m m 以下。 p c 属无定形聚合物，成型收缩率低，一般在0 5 0 7 ，无方向选择性。 p c 制品不易带金属嵌件，若必须加入，应将嵌件预热到2 0 0 或更高后再成 型加工。 p c 再生料可重复使用。料筒清洗对p c 料用p c 新料即可，若是p v c 、p o m 5 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 热敏性塑料时，应用p e 、p s 等清洗。 p c 的加工比较容易，可用注塑、挤出及吹塑等方法加工。 注射成型时，选用分子量为2 7 万3 4 万、低黏度的p c 树脂，透明制品模 f 表面光洁度较好，排气孔尺寸小于0 0 3 r a m 。p c 熔体流动长度与制品壁厚之比 为8 0 - 1 0 0 ，制品壁厚不应低于l m m ，在1 5 - - 5 m m 之间。在具体设定工艺条件时： 注射温度高，一般在2 7 0 3 2 0 ；注射压力高，一般为8 0 - 1 2 0 m p a ，甚至高达 1 2 0 一- 1 5 0 m p a ；注射速度要快。注塑工艺条件可设置为料筒温度前段2 5 0 3 0 0 、 中段2 3 0 2 7 0 、后段2 2 0 - 2 5 0 ，喷嘴温度2 4 0 - - 2 9 0 ，注射压力8 0 - - 1 0 0m p a ， 模具温度为8 0 1 2 0 i 。 挤出成型时，选用分子量为3 4 万以上高、中黏度的p c 树脂，挤出温度为2 3 0 - 3 0 0 。 吹塑成型时，吹塑型坯的成型条件同挤出。吹塑成型的模具温度为1 0 0 - 一1 2 0 ，吹塑压力为0 4 0 8 m p a 。 ( 2 ) 聚苯乙烯 p s 属无定形树脂，无明显熔点，熔融温度范围比较宽，可在1 2 0 1 8 0 之间 熔融为液体。p s 的热稳定性好，分解温度在3 0 0 以上。虽然p s 在惰性气体中的 热稳定性很好，但在受热状态下，热氧会引发其降解反应，因此需要加入抗氧化 剂，具体如主抗氧剂1 0 1 0 和辅助氧化剂1 6 8 。p s 的热导率较高，加热和冷却速度 都比较快。 p s 熔体属非牛顿流体，熔体黏度适中；黏度强烈地依赖剪切速率的变化，但 温度的影响也比较明显。p s 的流动性十分好，是一种易于加工的塑料。p s 的吸水 率较低，在加工前一般不用干燥；如有特殊需要时( 如要求透明性高) 才干燥， 县体干燥温度为7 0 一8 0 c 、时间为1 5 小时。p s 在加工中易产生内应力，除选择 i f 确的工艺条件、改进制品设计和合理的模具结构外，还应对制品进行热处理。 热处理的条件为在6 5 8 5 热风循环干燥箱或热水中处理1 3 小时。p s 的分子 涟刚性较大，最好不加入金属嵌件，防止出现应力开裂的现象。p s 成型收缩率比 较低，一般仅为0 4 - - - , 0 7 。 p s 可用注塑、挤出及发泡成型等方法加工。 p s 注塑时选择普通注塑机即可，制品厚度在2 3 - - 一3 m m 范围内时，极限流动 长度和厚度之比为2 0 0 ：1 ，脱模斜度不小于1 。，排气孔、槽的深度小于0 0 3 m m ， 6 江苏大学硕士学位论文 两片模温温度差小于3 6 。具体工艺条件为：成型温度1 8 0 - - 2 1 5 ，注塑压力 3 0 - - 1 5 0 m p a ，模具温度小于7 0 。 挤出时，可在普通的挤出机上加工，制品有管村、棒材、片材、薄膜和纤维 等。成型后未拉伸时强度低、性脆，拉伸后透明度、光泽、强度和韧性都明显提 高。具体的挤出温度在1 5 0 2 0 0 之间。 发泡成型时，用g p p s 为原料，发泡剂可为化学和物理两种。采用一步法挤出 方法，直接将发泡剂与p s 混合好或在挤出熔融段将物理发泡剂注入p s 熔体内， 挤出发泡、冷却即可。 用g p p s 制成的泡沫塑料具有泡孔细腻、强度高等优点，高发泡材料主要产品 为吸塑包装材料如快餐饭盒、美术装饰板及发泡网，低发泡材料为仿木型材、片 材和仿木板材等。 ( 3 ) 聚甲基丙烯酸甲酯 p m m a 属非牛顿流体，黏度的变化主要受螺杆转速的影响。其熔体的黏度比 p e 、p s 等高，对温度的敏感性也比其他非牛顿流体类塑料高。p m m a 对加工温度 比较敏感，成型温度在1 8 0 - - 一2 3 0 。c ，加工温度范围比较窄，超过2 6 0 c 即分解。 因此加工中要严格控制温度，以防过热。 p m m a 在加工前需要进行干燥处理，使其含水量在0 0 2 以下。干燥条件为： 先在1 0 0 - 1 1 0 干燥4 小时，再于7 0 8 0 下干燥2 小时，料层厚度应小于3 0 m m 。 p m m a 的熔体黏度较大，成型中易产生内应力。为得到尺寸精度高的制品，必须 进行退货处理。退货条件为：温度8 5 ，缓慢冷却即可。 p m m a 可用于聚合成型和塑化成型两种。 聚合成型时主要为浇铸成型，它将液体的p m m a 单体和催化剂一起注入模具 中，在适当的温度下( 一般4 0 - - 一6 0 c ) ，保温一定时间，缓慢冷却即可。浇铸成型 可用于生产平板、圆棒和圆管等制品。 塑化成型有注塑成型、挤出成型和热成型等。注塑成型模具温度为4 0 - - - 6 0 c ， 注射压力为1 1 0 - - - 1 4 0 m p a ，保压压力为4 0 - 6 0 m p a ，注射时间为1 5 s ，保压时间 为2 0 - - 一4 0 s ，冷却时间为2 0 - 4 0 s 。挤出成型的温度为2 1 0 - - - 2 3 0 。c 。热成型的温度 为l o f t - 1 2 0 。c 【。 1 3 注塑成型的c a d c a e 技术的国内外发展 7 透明塑料件的注塑模具设计与成型工艺优化 传统的注塑成型开发方法主要是尝试法，依据设计者有限的经验和比较简单 的计算公式进行产品和工艺开发。但是在注塑成型生产实际中，塑料熔体的流动 性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的经 验和简单的公式难以对这些因素作全面的考虑和处理，设计者经验的积累和公式 的总结无法跟上塑料材料的发展和制品复杂程度及精度要求的提高，因此开发过 程中要反复试模和修模，导致生产周期长、费用高，产品质量难以得到保证，注 塑成型c a d c a e 技术是解决上述问题的有效途径。 1 3 1注塑成型的c a d 技术 c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 即计算机辅助设计。注塑模c a d 能解决注塑产 品的外形设计问题。它根据产品的工程图纸、模型或设计师的设计理念在计算机 上描述出产品的三维形体，即建模或造型【7 1 。只有在计算机中将物体的模型建立起 来，后续的c 删蝴才能得以实现。 为了便于设计和修改，注塑模c a d 系统提供参数化设计手段。参数化设计的 思想是通过修改模型的约束尺寸来修改模型的大小和形状。非参数化设计中尺寸 和模型的变化是独立的，尺寸的更改不会引起模型的变动。参数化设计是在草图 设计环境中进行产品的草图设计时，先不考虑模型的尺寸，把形状设计好后，再 在草图上标出约束尺寸，系统会根据给定的尺寸自动生成模型。其目的是尽量给 设计者提供自由的设计空间，使设计思维不受工程中精确的位置和尺寸的约束， 达到“笔随意走 的境界。参数化设计在曲面形状的调整与控制、模架库的建立 与修改等方面提供了极大的便利条件，提高了注塑产品的设计质量，缩短了注塑 件和注塑模的造型时间。 1 3 2 注塑成型的c a e 技术 c a e ( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ) 即计算机辅助工程，它的出现是计算机辅 助设计、计算机辅助制造技术向纵深方向发展的要求【8 】【1 0 l 。注塑成型c a e 技术是 根据塑料加工流变学和传热学的基本理论，建立塑料熔体在模具型腔中流动、传 热的物理、数学模型，利用数值计算理论构造其求解方法，实现成型过程的仿真 分析，使对注塑成型过程的认识从宏观进入微观、从定性进入定量、从静态进入 动态，利